۱۲ پروتکل و استاندارد پرکاربرد اینترنت اشیا (IoT): کدام‌یک برای شما مناسب است؟

هر پروتکل ارتباطی اینترنت اشیا (IoT) برای هر دستگاه یا پروژه مناسب نیست. پیش از انتخاب پروتکل، باید نیازهای انرژی و امنیت را در نظر بگیرید. طبق گزارش IoT Analytics، در سال ۲۰۲۴ حدود ۱۸.۸ میلیارد اتصال IoT وجود داشت و پیش‌بینی می‌شود تا سال ۲۰۳۰ این تعداد به ۴۱.۱ میلیارد برسد. گسترش پروتکل‌های IoT، همراه با فناوری‌های 5G و شبکه‌های کم‌مصرف (Low-Power WANs)، نقش بزرگی در این رشد دارد.

چرا پروتکل‌های IoT مهم هستند؟

ارزش اینترنت اشیا از توانایی ارتباط بین اجزای آن ناشی می‌شود. پروتکل‌های IoT تضمین می‌کنند که داده‌های ارسالی از دستگاه‌های پایانی (مانند حسگرها) به درستی دریافت و درک شوند، چه مقصد بعدی داده‌ها دستگاه دیگر، دروازه (Gateway) یا اپلیکیشن باشد. به بیان ساده، پروتکل‌های IoT به اندازه خود دستگاه‌ها برای عملکرد این فناوری حیاتی هستند.

با این حال، همه پروتکل‌ها برابر نیستند. بیل ری، تحلیلگر ارشد گارتنر، می‌گوید: «برخی پروتکل‌ها برای استفاده در ساختمان‌ها، برخی برای پروژه‌های گسترده بین ساختمان‌ها و برخی دیگر برای کاربردهای ملی یا جهانی مناسب هستند.»

چند پروتکل IoT وجود دارد؟

پروتکل‌های متعددی برای IoT وجود دارند که هر یک قابلیت‌ها یا ترکیبی از ویژگی‌ها را ارائه می‌دهند و برای پروژه‌های خاص IoT مناسب‌ترند. این پروتکل‌ها امکان ارتباط دستگاه به دستگاه (Device-to-Device)، دستگاه به دروازه (Device-to-Gateway) یا دستگاه به ابر/مرکز داده (Device-to-Cloud) را فراهم می‌کنند. عواملی مانند موقعیت جغرافیایی، مصرف انرژی، نیاز به باتری، موانع فیزیکی و هزینه، تعیین‌کننده پروتکل بهینه برای یک پروژه IoT هستند.

پرکاربردترین پروتکل‌های IoT

تکنولوژیست‌ها می‌توانند از میان پروتکل‌های مختلف برای ساخت شبکه‌ای متناسب با اکوسیستم IoT خود انتخاب کنند. در ادامه، ۱۲ پروتکل پرکاربرد معرفی می‌شوند:

• AMQP (Advanced Message Queuing Protocol)
  AMQP یک پروتکل استاندارد باز برای میان‌افزارهای پیام‌محور است که امکان تعامل بین سیستم‌ها را بدون توجه به پیام‌رسان یا پلتفرم فراهم می‌کند. این پروتکل امنیت، قابلیت همکاری و قابلیت اطمینان را حتی در شبکه‌های ضعیف یا در فواصل طولانی ارائه می‌دهد و برای زمانی که سیستم‌ها به‌صورت همزمان در دسترس نیستند نیز مناسب است.
• Bluetooth و BLE (Bluetooth Low Energy)
  Bluetooth یک فناوری بی‌سیم کوتاه‌برد است که از امواج رادیویی فرکانس بالا استفاده می‌کند. این پروتکل بیشتر برای استریم صوتی شناخته می‌شود، اما برای دستگاه‌های متصل و IoT نیز بسیار مهم است. Bluetooth Low Energy یا BLE نسخه‌ای کم‌مصرف برای اتصالات IoT است که برای دستگاه‌هایی مانند ردیاب‌های تناسب‌اندام (Fitness Trackers)، دستگاه‌های خانه هوشمند و ناوبری در فروشگاه‌ها ایده‌آل است.
• Cellular (شبکه‌های سلولی)
  شبکه‌های سلولی یکی از شناخته‌شده‌ترین گزینه‌ها برای IoT هستند و برای پروژه‌هایی با برد ارتباطی طولانی مناسب‌اند. گرچه استانداردهای قدیمی 2G و 3G در حال حذف شدن هستند، 4G/LTE و 5G به‌سرعت در حال گسترش‌اند. این پروتکل پهنای باند بالا و ارتباطی قابل‌اعتماد ارائه می‌دهد، اما هزینه و مصرف انرژی بیشتری نسبت به سایر گزینه‌ها دارد.
• CoAP (Constrained Application Protocol)
  CoAP در سال ۲۰۱۳ توسط گروه کاری IETF برای محیط‌های محدود طراحی شد. این پروتکل از پروتکل کاربر دیتاگرام (UDP) برای ارتباطات امن و انتقال داده بین نقاط مختلف استفاده می‌کند. CoAP برای برنامه‌های ماشین به ماشین (M2M) و دستگاه‌های کم‌مصرف با پهنای باند یا دسترسی محدود مناسب است.
• DDS (Data Distribution Service)
  DDS، توسعه‌یافته توسط OMG، یک استاندارد میان‌افزار برای اتصال داده‌محور است. این پروتکل با معماری مقیاس‌پذیر و تأخیر کم (Low-Latency)، برای تبادل داده بلادرنگ در برنامه‌های حیاتی IoT و M2M ایده‌آل است و از الگوی انتشار-اشتراک (Publish-Subscribe) استفاده می‌کند.
• LoRa و LoRaWAN
  LoRa یک فناوری بی‌سیم غیرسلولی با برد بلند و مصرف انرژی کم است که برای برنامه‌های M2M و IoT مناسب است. این فناوری اختصاصی، بخشی از پلتفرم فرکانس رادیویی Semtech است. LoRaWAN، پروتکل ابری باز طراحی‌شده توسط LoRa Alliance، امکان ارتباط دستگاه‌های IoT با استفاده از فناوری LoRa را فراهم می‌کند.

• LwM2M (Lightweight M2M)
  LwM2M، توسعه‌یافته توسط OMA SpecWorks، یک پروتکل مدیریت دستگاه برای شبکه‌های حسگری و محیط‌های M2M است. این پروتکل برای دستگاه‌های کم‌مصرف با توان پردازشی و ذخیره‌سازی محدود طراحی شده و برای مدیریت از راه دور و تله‌متری مناسب است.
• MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
  MQTT که در سال ۱۹۹۹ توسعه یافت، از معماری انتشار-اشتراک برای ارتباطات M2M استفاده می‌کند. این پروتکل ساده برای دستگاه‌های محدود و شبکه‌های کم‌پهنای باند، مانند حسگرها و دستگاه‌های موبایل در شبکه‌های غیرقابل‌اعتماد، طراحی شده است. MQTT، که ابتدا اختصاصی بود، اکنون پروتکل منبع باز پیشرو برای اتصال دستگاه‌های IoT و IIoT است.
• Wi-Fi
  Wi-Fi به دلیل حضور گسترده در خانه‌ها، محیط‌های تجاری و صنعتی، یکی از پروتکل‌های پرکاربرد IoT است. این پروتکل انتقال داده سریع و توانایی پردازش حجم زیادی از داده را ارائه می‌دهد و برای محیط‌های LAN با برد کوتاه تا متوسط مناسب است. با این حال، مصرف انرژی بالا و مقیاس‌پذیری پایین، استفاده از آن را برای برخی پروژه‌های IoT محدود می‌کند.
• XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol)
  XMPP که در اوایل دهه ۲۰۰۰ برای ارتباطات انسان به انسان طراحی شد، اکنون برای ارتباطات M2M و مسیریابی داده‌های XML استفاده می‌شود. این پروتکل منبع باز، که توسط بنیاد استانداردهای XMPP پشتیبانی می‌شود، برای برنامه‌های IoT مصرفی مانند لوازم خانگی هوشمند مناسب است.
• Zigbee
  Zigbee یک پروتکل شبکه مش (Mesh Network) است که برای اتوماسیون خانگی و ساختمانی طراحی شده و یکی از محبوب‌ترین پروتکل‌های مش در IoT است. این پروتکل کوتاه‌برد و کم‌مصرف، ارتباط بین چندین دستگاه را گسترش می‌دهد و توسط Connectivity Standards Alliance مدیریت می‌شود.
• Z-Wave
  Z-Wave یک پروتکل شبکه مش بی‌سیم اختصاصی است که از فناوری فرکانس رادیویی کم‌مصرف استفاده می‌کند. این پروتکل با رمزنگاری، امنیت را برای پروژه‌های IoT فراهم می‌کند و برای اتوماسیون خانگی، سیستم‌های امنیتی و مدیریت انرژی تجاری مناسب است. Z-Wave توسط Z-Wave Alliance پشتیبانی می‌شود.

لایه‌های معماری IoT

سیستم‌های شبکه به‌صورت مجموعه‌ای از فناوری‌ها ساخته می‌شوند که معمولاً در یک مدل مرجع (Reference Model) نمایش داده می‌شوند. معروف‌ترین مدل، مدل OSI با هفت لایه است:

• فیزیکی
• پیوند داده
• شبکه
• انتقال
• جلسه
• ارائه
• برنامه

معماری IoT نیز به‌صورت چندلایه بیان می‌شود، از جمله:

• مدل سه‌لایه: ادراک (Perception)، شبکه و برنامه
• مدل چهارلایه: ادراک، پشتیبانی، شبکه و برنامه
• مدل پنج‌لایه: ادراک، انتقال، پردازش، برنامه و کسب‌وکار

پروتکل‌های اینترنتی معمولاً در لایه‌های مختلف استفاده می‌شوند. به گفته اسکات یانگ، مشاور تحقیقاتی Info-Tech، یک اکوسیستم IoT ممکن است چندین پروتکل داشته باشد که در لایه‌های مختلف عمل می‌کنند. برای مثال، Bluetooth و Wi-Fi در لایه‌های پایین و DDS و MQTT در لایه برنامه کار می‌کنند.

چگونه پروتکل مناسب IoT را انتخاب کنیم؟

هیچ پروتکل IoT واحدی برای همه پروژه‌ها بهترین نیست. اسکات لالیبرته، مدیر گروه فناوری‌های نوظهور در Protiviti، می‌گوید که انتخاب پروتکل باید بر اساس شرایط خاص پروژه IoT، از نیازهای انرژی دستگاه‌ها و موقعیت آن‌ها تا اندازه جغرافیایی، ویژگی‌های محیط و الزامات امنیتی انجام شود.

 

منبع: techtarget